DE10152723A1 - Wässriges hochvernetztes Zweikomponenten-Polyurethanbeschichtungssystem mit verringerter Hydrophilie und verbesserter Chemikalienbeständigkeit, Verfahren zu seiner Herstellung sowie dessen Verwendung - Google Patents
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Abstract
Es wird ein wässriges hochvernetztes Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungssystem mit verringerter Hydrophilie und verbesserter Chemikalienbeständigkeit beschrieben, erhältlich durch DOLLAR A a) die Herstellung einer Bindemittel-Komponente auf Basis einer wässrigen Lösung oder Dispersion von niedermolekularen hydroxy- und/oder aminofunktionellen Oligo- oder Polyurethanen, wobei man DOLLAR A a¶1¶) 10 bis 50 Gewichtsteile einer höhermolekularen Polyol-Komponente (A) (i) sowie 0 bis 5 Gewichtsteile einer niedermolekularen Polyol-Komponente (A) (ii) mit 2 bis 20 Gewichtsteilen einer Polyisocyanat-Komponente (B) unter Zugabe von 0 bis 6 Gewichtsteilen einer Lösemittel-Komponente (C) ggf. in Gegenwart eines Katalysators teilweise oder vollständig umsetzt, DOLLAR A a¶2¶) das Polyurethan-Preaddukt aus Stufe a¶1¶) mit 0,1 bis 1,5 Gewichtsteilen einer niedermolekularen und anionisch modifizierbaren Polyol-Komponente (A) (iii) und/oder mit 0 bis 8 Gewichtsteilen einer polymeren Diolkomponente (A) (iv) ggf. in Gegenwart eines Katalysators umsetzt, DOLLAR A a¶3¶) das anionisch modifizierbare Polyurethan-Prepolymer aus Stufe a¶2¶) teilweise oder vollständig mit 0,1 bis 15 Gewichtsteilen einer multifunktionellen Kettenstopper-Komponente (D) umsetzt, DOLLAR A a¶4¶) das funktionalisierte und anionisch modifizierbare Polyurethan-Oligomer oder -Polymer aus Stufe a¶3¶) zur teilweisen oder vollständigen Neutralisation mit 0,1 bis 1 Gewichtsteilen einer Neutralisations-Komponente (E) umsetzt, DOLLAR A a¶5¶) das neutralisierte ...
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein wässriges hochvernetztes Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungssystem basierend auf einer wässrigen Lösung oder Dispersion von niedermolekularen hydroxy- und/oder aminofunktionellen Oligo- bzw. Polyurethanen als Bindemittel- Komponente und wasseremulgierbaren Polyisocyanaten als Vernetzer- Komponente, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie dessen Verwendung.
- Die Bindemittel-Klasse der wässrigen bzw. wasserbasierenden Polyurethane ist seit über 40 Jahren bekannt. Das Eigenschaftsprofil der wasserbasierenden Polyurethane wurde in den vergangenen Jahrzehnten kontinuierlich verbessert, was durch eine Vielzahl von Veröffentlichungen zu diesem Themenkreis eindrucksvoll belegt wird. Zur Chemie und Technologie der wasserbasierenden Polyurethane sei auf D. Dieterich, K. Uhlig in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Sixth Editionm 2001 Electronic Release. Wiley-VCH; D. Dieterich in Hoube.n-Weyl, Methoden der Organischen Chemie. Bd. E20, H. Bartl, J. Falbe (Hrsg.), Georg Thieme-Verlag, Stuttgart 1987, S. 1641 ff.; D. Dieterich, Prog. Org. Coat. 9 (1981) 281-330; J. W. Rosthauser, K. Nachtkamp, Journal of Coated Fabrics 16 (1986) 39-79; R. Arnoldus, Surf. Coat. 3 (Waterborne Coat.) (1990), 179-98 verwiesen.
- In der Beschichtungstechnologie wurde ökologischen Aspekten in den letzten Jahren, auch im Hinblick auf die Einhaltung bestehender Emissionsrichtlinien, zunehmende Bedeutung beigemessen. Besonders vordringlich ist dabei die Reduzierung der in Beschichtungssystemen verwendeten Mengen an flüchtigen organischen Lösemitteln (VOC, volatile organic compounds).
- Chemisch nachvernetzende Polyurethansysteme, die aufgrund ihres hohen Eigenschaftniveaus in Beschichtungssystemen von großer Bedeutung sind, konnten bisher fast ausschließlich unter Verwendung organischer Lösemittel verarbeitet werden.
- So wurde lange Zeit angenommen, dass wasserbasierende Polyurethan- Systeme nicht mit Polyisocyanaten vernetzbar wären, da diese unter Bildung von Carbaminsäure mit Wasser reagieren und in einem zweiten Reaktionsschritt unter Kohlendioxid-Abspaltung zum Amin umgesetzt werden, das mit weiterem Isocyanat zu Harnstoff abreagiert. Neben der Kohlendioxid-Bildung, die zu Reaktionsbläschen im Film führen kann, können durch die Harnstoff-Bildung Filmtrübungen auftreten.
- Erst durch die Entwicklung von hydrophil modifizierten Polyisocyanaten durch Umsetzung mit Polyethylenglykolen konnte dieses Problem gelöst werden. Wegen ihrer niedrigen Viskosität kommen vornehmlich Polyisocyanate auf Basis von Hexamethylendiisocyanat (HDI) zum Einsatz. Diese hydrophil modifizierten Polyisocyanat-Häxter können aufgrund ihrer selbstemulgierenden Eigenschaften in wässrige Systeme ohne großen apparativen Aufwand manuell eingearbeitet werden, was für die Applikationssicherheit und das optische Eigenschaftsniveau solcher Beschichtungssysteme von entscheidender Bedeutung ist.
- Inzwischen werden aber auch wasseremulgierbare Polyisocyanate mit externer Surfactant-Technology angeboten, bei denen die hydrophilierende Gruppe nicht kovalent an das Polyisocyanat gebunden ist.
- In Verbindung mit diesen wasseremulgierbaren Polyisocyanatsystemen stellen wässrige, colösemittelarme bzw. extrem VOC-reduzierte 2 K- Polyurethan-Beschichtungssysteme inzwischen eine Alternative zu den entsprechenden lösemittelhaltigen Systemen dar.
- Hydroxyfunktionelle wässrige Polyurethan-Dispersionen, die mit entsprechenden wasseremulgierbaren Polyisocyanaten aushärtbar sind, sind bereits seit einiger Zeit bekannt. Die damit erzielten Eigenschaften der Beschichtung insbesondere die Wasserfestigkeit sowie die Lösemittel- bzw. Chemikalienbeständigkeit, reichen aber in vielen Fällen nicht aus, denn durch die Verwendung dieser polyethylenglykolmodifizierten Polyisocyanate werden zusätzlich hydrophile Gruppen in das System eingebracht.
- Aus der DE 198 47 077 A1 und der DE 198 22 890 A1 ist zwar bekannt, dass allophanatgruppenhaltige hydrophilierte Polyisocyanate verbesserte Einarbeitungseigenschaften in hydroxyfunktionelle Bindemittel aufweisen, aber die Verträglichkeit einiger Dispersionen mit manchen kommerziell erhältlichen hydrophilierten Polyisocyanat-Härtern, insbesondere in Verbindung mit bestimmten Lösemitteln, ist in vielen Fällen noch nicht ausreichend, was häufig dazu führt, dass die Härter-Komponente nur nach längerem intensiven mechanischen Rühren homogen in der wässrigen Harzkomponente verteilt werden kann oder dass unerwünschte Trübungen in der Beschichtung auftreten. Ferner ist auch das Problem der begrenzten Topfzeit und die Bildung von Reaktionsbläschen bei höheren Schichtstärken noch nicht zufriedenstellend gelöst.
- Wässrige chemisch nachvernetzte 2 K-Polyurethan-Beschichtungen mit freien Polyisocyanaten (Lackpolyisocyanate) als Härter-Komponente sind erstmals in der EP 0 358 979 A1 beschrieben worden. Lackpolyisocyanate sind isocyanatgruppenhaltige oligomere Derivate von Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI) und/oder Bis(isocyanatocyclohexyl)methan (H12MDI), welche Urethan-, Biuret-, Uretdion- und/oder Isocyanurat-Gruppen enthalten. Aufgrund ihres Molekulargewichts müssen sie aber mit nicht unerheblichen Mengen organischer Lösemittel versetzt werden, um eine für die Verarbeitung notwendige Viskosität zu erreichen.
- Die EP 0 557 844 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von wässrigen Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungsmitteln auf Basis von in wässrigem Milieu unter Verwendung von externen Emulgatoren dispergiert vorliegenden Vinylpolymerpolyolen, die durch radikalische Polymerisation hergestellt wurden und in diesen Dispersionen emulgierten Polyisocyanaten.
- In der EP 0 496 205 A1 werden Zweikomponenten- Bindemittelkombinationen beschrieben, die aus wasserlöslichen oder - dispergierbaren Urethan-, Carboxylat- und Hydroxylgruppen enthaltenden Polyesterharzen sowie organischen Polyisocyanaten bestehen, welche in Lacken oder Beschichtungsmassen bei höheren Temperaturen (40-250°C) ausgehärtet werden müssen.
- Ein wässriges hydroxyfunktionelles Zweikomponenten- Polyurethan/Polyacrylat-Hybridsystem in Verbindung mit einem wasserdispergierbaren Polyisocyanat wird in der EP 0 742 239 A1 beschrieben.
- Zweikomponenten-Polyurethanbeschichtungsmassen mit mindestens einer Reaktivkomponente, die eine Isocyanatgruppe, eine Urethan-, Thiourethan- oder Harnstoffgruppe sowie zwei verkappte mit Isocyanat reaktionsfähige Gruppen beinhalten, offenbart die DE 195 24 046 A1.
- Aus der EP 0 839 846 A1 sind Zweikomponenten-Polyurethan- Beschichtungsmassen bekannt, bestehend aus einer Dispersion mindestens einer Polyhydroxyverbindung als Bindemittelkomponente und mindestens einem in der Dispersion feinverteilten monomeren Diisocyanat als Härterkomponente.
- Die WO 97/45475 A1 beschreibt Polyisocyanate mit einer durchschnittlichen Funktionalität von mindestens 2,0 als Härterkomponente für Zweikomponenten-Polyurethan-Systeme; gemäß der EP 0 934 963 A1 wird eine Polyisocyanatkomponente basierend auf 2-Methylpentan-1,5-diisocyanat verwendet.
- Polyethermodifizierte Polyisocyanatgemische mit verbesserter Wasserdispergierbarkeit als Ausgangskomponente für die Herstellung PU-Kunststoffen oder als Vernetzerkomponente für wässrige Lackbindemittel beschreiben die DE 198 47 077 A1 und die DE 199 29 784 A1.
- Spezielle Abmischungen für Zweikomponenten-Polyurethan- Korrosionsschutz-Decklacke mit hohem Festkörper-Gehalt aus bestimmten Polyasparaginsäureestern, Polyaldiminen, Polyisocyanaten und speziellen Additiven offenbart die DE 198 22 842 A1 bzw. die EP 0 959 086 A1.
- Wässrige Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungsmittel auf Basis von hydroxy- und/oder aminofunktionellen wasserverdünnbaren Harzen und neuartigen wasserdispergierbaren isocyanatfunktionellen Härtern für Lacke, Beschichtungen und Dichtmassen werden in der EP 0 959 115 A1 bzw. in der DE 198 22 890 A1 beansprucht.
- Wasserbasierende Zweikomponenten-Polyurethan- Beschichtungssysteme, bei denen als Bindemittel-Komponente nahezu ausschließlich niedermolekulare hydroxy- und/oder aminofunktioneller Oligo- bzw. Polyurethane verwendet werden, was in Verbindung mit wasseremulgierbaren Polyisocyanat-Härtern zu hochvernetzten Systemen führt, die verbesserte Material und Applikationseigenschaften aufweisen, waren bisher jedoch nicht bekannt.
- Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein wässriges hochvernetztes Zweikomponenten-Polyurethan- Beschichtungssystem zu entwickeln, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern verbesserte Material- und Applikationseigenschaften besitzt und gleichzeitig unter Berücksichtigung ökologischer, ökonomischer und physiologischer Aspekte hergestellt werden kann.
- Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst durch a) die Herstellung einer Bindemittel-Komponente auf Basis einer wässrigen Lösung oder Dispersion von niedermolekularen hydroxy- und/oder aminofunktionellen Oligo- bzw. Polyurethanen, wobei man
- 1. a1) 10 bis 50 Gewichtsteile einer höhermolekularen Polyol-Komponente (A)(i) mit zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl-Gruppen und einer Molekularmasse von 500 bis 5 000 Dalton sowie 0 bis 5 Gewichtsteile einer niedermolekularen Polyol- Komponente (A)(ii) mit zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl-Gruppen und einer Molekularmasse von 50 bis 499 Dalton mit 2 bis 20 Gewichtsteilen einer Polyisocyanat-Komponente (B), bestehend aus mindestens einem Polyisocyanat, Polyisocyanat-Derivat oder Polyisocyanat- Homologen mit zwei oder mehreren aliphatischen oder aromatischen Isocyanat-Gruppen unter Zugabe von 0 bis 6 Gewichtsteilen einer Lösemittel-Komponente (C) ggf. in Gegenwart eines Katalysators teilweise oder vollständig umsetzt,
- 2. a2) das Polyurethan-Preaddukt aus Stufe a1) mit 0,1 bis 1,5 Gewichtsteilen einer niedermolekularen und anionisch modifizierbaren Polyol- Komponente (A)(iii) mit zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl-Gruppen und einer oder mehreren inerten Carbonsäure- und/oder Sulfonsäure-Gruppe(n), welche mit Hilfe von Basen teilweise oder vollständig in Carboxylat- bzw. Sulfonatgruppen überführt werden können oder bereits in Form von Carboxylat- und/oder Sulfonat-Gruppen vorliegen, mit einer Molekularmasse von 100 bis 499 Dalton und/oder mit 0 bis 8 Gewichtsteilen einer polymeren Diolkomponente (A) (iv) mit zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl- Gruppen und weiteren gegenüber Polyisocyanaten inerten hydrophilen Gruppen mit einer Molekularmasse von 500 bis 5 000 Dalton ggf. in Gegenwart eines Katalysators umsetzt,
- 3. a3) die freien Isocyanat-Gruppen des Polyurethan-Prepolymers aus Stufe a2) vollständig oder teilweise mit 0,1 bis 15 Gewichtsteilen einer multifunktionellen Kettenstopper-Komponente (D) mit drei oder mehreren gegenüber Isocyanat-Gruppen reaktiven Hydroxyl- und/oder primären und/oder sekundären Amino-Gruppen und einer Molekularmasse von 50 bis 500 Dalton umsetzt, von denen eine mit dem Polyurethan-Preaddukt abreagiert,
- 4. a4) das multifunktionelle Polyurethan-Oligomer oder -Polymer aus Stufe a5) zur teilweisen oder vollständigen Neutralisation der Säure- Gruppen mit 0,1 bis 1 Gewichtsteilen einer Neutralisations- Komponente (E) umsetzt und anschließend
- 5. a5) das neutralisierte Polyurethan-Oligomer oder -Polymer aus Stufe a4) in 40 bis 60 Gewichtsteilen Wasser, welches noch 0 bis 50 Gewichtsteile einer Formulierungskomponente (F) enthält, dispergiert
- 6. a6) ggf. das nur teilweise kettengestoppte Polyurethan-Oligomer oder - Polymer aus Stufe a5) noch mit 0 bis 15 Gewichtsteilen einer Kettenverlängerungs-Komponente (G) mit zwei oder mehreren gegenüber Isocyanat-Gruppen reaktiven primären und/oder sekundären Amino-Gruppen und einer Molekularmasse von 50 bis 500 Dalton umsetzt
- a) durch die anschließende Umsetzung der Bindemittel-Komponente aus Stufe a5) oder Stufe a6) mit einer Vernetzer-Komponente (H) im Verhältnis 3 : 1 bis 5 : 1, wobei als Vernetzer-Komponente (H) wasserdispergierbare Polyisocyanate mit aliphatisch und/oder cycloaliphatisch und/oder aromatisch gebundenen Isocyanat- Gruppen eingesetzt werden, welche 0 bis 20 Gewichtsteile eines organischen Lösemittels enthalten können.
- Überraschenderweise wurde gefunden, dass die im Oligo- oder Polyurethan-Polymer enthaltenen Hydroxyl-Gruppen- und/oder Amino- Gruppen zunächst zu einer nichtionischen Hydrophilierung der Bindemittel-Komponente erheblich beitragen, wodurch eine Verringerung der anionischen Hydrophilierung mit Salzgruppen von gewöhnlich 40 bis 50 meq/(100g) Festharz auf 10 bis 20 meq/(100 g) ermöglicht wird. Bei der anschließenden Vernetzung reagieren die Hydroxyl- und/oder Amino-Gruppen mit den Isocyanat-Gruppen der Vernetzer-Komponente ab. Bei der Verarbeitung des Zweikomponentensystems nimmt die Zahl der nichtionisch hydrophilierenden Gruppen stetig ab. Das resultierende Polyurethan- Polymer besitzt daher nur einen sehr geringen Anteil an anionischen Gruppen, was zu einer signifikant verringerten Hydrophilie der fertigen Beschichtung führt. Die Herabsetzung der Stabilisierung des Bindemittels im Rahmen der Verarbeitung hat keinen sichtbaren Einfluß auf die Topfzeit. Die Vernetzungsdichte kann über die Anzahl der in der Bindemittel-Komponente enthaltenen Hydroxyl- und/oder Amino- Gruppen und über die Wahl der Vernetzer-Komponente beliebig eingestellt werden. Hohe Vernetzungsdichten führen zu Beschichtungen mit stark verbesserter Chemikalienbeständigkeit. Bedingt durch das Herstellungsverfahren und die niedrige Molekularmasse der Bindemittel- Komponente können zudem stark hydrophobe polymere Polyole als Polyurethane Backbones eingesetzt werden, ohne dass grössere Mengen an organischen Lösemitteln zur Verringerung der Viskosität erforderlich sind.
- Es hat sich überraschernderweise auch gezeigt, dass sich die Vernetzer- Komponente - insbesondere Polyisocyanate ohne permanente hydrophile Modizierung - sehr leicht durch einfache Emulgiertechniken, beispielsweise durch Verwendung eines mechanischen Rührwerkes oder durch einfaches Mischen der beiden Komponenten per Hand, in die Bindemittel-Komponente einarbeiten lässt, wodurch eine feine homogene Verteilung der Polyisocyanat-Tröpfchen in der Bindemittel-Komponente gewährleistet ist.
- Das erfindungsgemäße wässrige hochvernetzte Zweikomponenten- Polyurethan-Beschichtungssystem ist definiert durch sein mehrstufiges Herstellungsverfahren. In der Reaktionstufe a) wird zunächst eine lösemittelfreie oder lösemittelarme Bindemittel-Komponente auf Basis einer wässrigen Lösung oder Dispersion von niedermolekularen hydroxy- und/oder aminofunktionellen Oligo- oder Polyurethanen hergestellt, die in der Reaktionstufe b) dann mit einer Vernetzer-Komponente auf Basis wasserdispergierbarer Polyisocyanate weiter zu einem wässrigen hochvernetzten Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungssystem umgesetzt wird.
- Die Herstellung der Bindemittel-Komponente erfolgt mit Hilfe eines modifizierten Prepolymer Mixing Process, dem sog. High Solids Process (HSP Technology). Hohe Scherkräfte sind dabei nicht erforderlich, so das z. B. schnelllaufende Rührer, Dissolver oder Rotor/Stator-Mischer verwendet werden können.
- Zur Durchführung dieses Verfahrens werden unter Anwendung der in der Polyurethan-Chemie üblichen Techniken in der Reaktionsstufe a1) 10 bis 50 Gewichtsteile einer höhermolekularen Polyol-Komponente (A)(i) sowie 0 bis 5 Gewichtsteile einer niedermolekularen Polyol-Komponente (A)(ii) mit 2 bis 20 Gewichtsteilen einer Polyisocyanat-Komponente (B) unter Zugabe von 0 bis 6 Gewichtsteilen einer Lösemittel-Komponente (C) ggf. in Gegenwart eines Katalysators teilweise oder vollständig zur Reaktion gebracht, wobei die Hydroxyl-Gruppen der Komponenten (A)(i) und (A) (ii) teilweise oder vollständig mit den Isocyanat-Gruppen der Komponente (B) umgesetzt werden.
- Die Herstellung des Polyurethan-Preaddukts gemäss Reaktionsstufe a1) erfolgt vorzugsweise in der Weise, dass die Komponente (B) innerhalb eines Zeitraumes von einigen Minuten bis zu einigen Stunden dem Gemisch aus den Komponenten (A)(i), (A)(ii) und (C) zugesetzt bzw. zudosiert wird oder alternativ dazu das Gemisch aus den Komponenten (A)(i), (A)(ii) und (C) innerhalb eines Zeitraumes von einigen Minuten bis zu einigen Stunden der Komponente (B) zugesetzt bzw. zudosiert wird. Zur Verringerung der Viskosität kann in der Reaktionsstufe a1) eine Lösemittel-Komponente (C) in geringen Mengen eingesetzt werden.
- Die Polyol-Komponente (A)(i) besteht aus einem höhermolekularen Polyol mit zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl- Gruppen mit einer mittleren Molekularmasse (Zahlenmittel) von 500 bis 6000 Dalton. Als geeignete polymere Polyole können Polyalkylenglykole, aliphatische oder aromatische Polyester, Polycaprolactone, Polycarbonate, α,ω-Polymethacrylatdiole, α,ω- Dihydroxyalkylpolydimethylsiloxane, hydroxyfunktionelle Makromonomere, hydroxyfunktionelle Telechele, hydroxyfunktionelle Epoxid-Harze mit einer Molekularmasse von 1000 bis 3000 Dalton oder geeignete Gemische daraus eingesetzt werden.
- Geeignete Polyalkylenglykole sind beispielsweise Polypropylenglykole, Polytetramethylenglykole bzw. Polytetrahydrofurane, hydrophob modifizierte Polyetherpolymere bestehend aus verseifungsstabilen Blockcopolymeren mit ABA-, BAB- oder (AB)n-Struktur, wobei A ein Polymer-Segment mit hydrophobierenden Eigenschaften und B ein Polymer-Segment auf Basis Polypropylenoxid repräsentiert, hydrophob modifizierte Polyetherpolyole bestehend aus verseifungsstabilen Blockcopolymeren mit A1A2A3- oder (A1A2)n-Struktur, wobei A jeweils Polymer-Segmente mit hydrophobierenden Eigenschaften repräsentiert, hydrophob modifizierte statistische Polyetherpolyole bestehend aus verseifungsstabilen statistischen Copolymeren aus mindestens einem hydrophoben Alkylenoxid und Propylenoxid.
- Bevorzugt werden lineare bzw. difunktionelle hydrophob modifizierte Polyetherpolymere bestehend aus verseifungsstabilen Blockcopolymeren mit ABA-, BAB- oder (AB)n-Struktur, wobei A ein Polymer-Segment mit hydrophobierenden Eigenschaften und B ein Polymer-Segment auf Basis Polypropylenoxid darstellt, mit einer mittleren Molekularmasse (Zahlenmittel) von 1000 bis 3000 Dalton eingesetzt.
- Geeignete aliphatische oder aromatische Polyester sind beispielsweise Kondensate auf Basis von 1,2-Ethandiol bzw. Ethylenglykol und/oder 1,4- Butandiol bzw. 1,4-Butylenglykol und/oder 1,6-Hexandiol bzw. 1,6- Hexamethylenglykol und/oder 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol bzw. Neopentylglykol und/oder 2-Ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol bzw. Trimethylolpropan sowie 1,6-Hexandisäure bzw. Adipinsäure und/oder 1,2-Benzoldicarbonsäure bzw. Phthalsäure und/oder 1,3- Benzoldicarbonsäure bzw. Isophthalsäure und/oder 1,4- Benzoldicarbonsäure bzw. Terephthalsäure und/oder 5- Sulfoisophthalsäure-Natrium bzw. deren Ester sowie Umsetzungsprodukte aus Epoxiden und Fettsäuren. Bevorzugt werden lineare bzw. difunktionelle aliphatische oder aromatische Polyester-Polyole mit einer mittleren Molekularmasse (Zahlenmittel) von 1000 bis 3000 Dalton eingesetzt.
- Polycaprolactone auf Basis von ε-Caprolacton (CAPA-Typen, Fa. Solvay Interox Ltd.), Polycarbonate auf Basis von Dialkylcarbonaten und Glykolen (Desmophen 2020, Fa. Bayer AG) und Kombinationen (Desmophen C 200, Fa. Bayer AG) daraus gehören ebenfalls zur Gruppe der Polyester. Bevorzugt werden lineare bzw. difunktionelle Typen mit einer mittleren Molekularmasse (Zahlenmittel) von 1000 bis 3000 Dalton eingesetzt.
- Als α,ω-Polymethacrylatdiole (TEGO® Diol BD 1000, TEGO® Diol MD 1000 N, TEGO® Diol MD 1000 X, Fa. Tego Chemie Service GmbH) und α,ω- Dihydroxyalkylpolydimethylsiloxane werden bevorzugt lineare bzw. difunktionelle Typen mit einer mittleren Molekularmasse (Zahlenmittel) von 1000 bis 3000 Dalton eingesetzt.
- Die Komponente (A)(ii) besteht aus einem niedermolekularen Polyol mit zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl- Gruppen mit einer mittleren Molekularmasse von 50 bis 499 Dalton. Als geeignete niedermolekulare Polyole können beispielsweise 1,2-Ethandiol bzw. Ethylenglykol, 1,2-Propandiol bzw. 1,2-Propylenglykol, 1,3- Propandiol bzw. 1,3-Propylenglykol, 1,4-Butandiol bzw. 1,4-Butylenglykol, 1,6-Hexandiol bzw. 1,6-Hexamethylenglykol, 2-Methyl-1,3-propandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol bzw. Neopentylglykol, 1,4-Bis- (hydroxymethyl)-cyclohexan bzw. Cyclohexandimethanol, 1,2,3- Propantriol bzw. Glycerol, 2-Hydroxymethyl-2-methyl-1,3-propanol bzw. Trimethylolethan, 2-Ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol bzw. Trimethylolpropan, 2,2-Bis-(hydroxymethyl)-1,3-propandiol bzw. Pentaerythrit eingesetzt werden. Bevorzugt wird 1,4-Butandiol eingesetzt.
- Die Polyisocyanat-Komponente (B) besteht aus mindestens einem Polyisocyanat, Polyisocyanat-Derivat oder Polyisocyanat-Homologen mit zwei oder mehreren aliphatischen oder aromatischen Isocyanat-Gruppen. Geeignet sind insbesondere die in der Polyurethan-Chemie hinreichend bekannten Polyisocyanate oder Kombinationen daraus. Als geeignete aliphatische Polyisocyanate können beispielsweise 1,6-Diisocyanatohexan (HDI), 1-Isocyanato-5-isocyanatomethyl-3,3,5-trimethyl-cyclohexan bzw. Isophorondiisocyanat (IPDI), Bis-(4-isocyanatocyclo-hexyl)-methan (H12MDI), 1,3-Bis-(1-isocyanato-1-methyl-ethyl)-benzol (m-TMXDI) bzw. technische Isomeren-Gemische der einzelnen aromatischen Polyisocyanate eingesetzt werden. Als geeignete aromatische Polyisocyanate können beispielsweise 2,4-Diisocyanattoluol bzw. Toluoldiisocyanat (TDI), Bis-(4-isocyanatophenyl)-methan (MDI) und ggf. dessen höhere Homologe (Polymeric MDI) bzw. technische Isomeren- Gemische der einzelnen aromatischen Polyisocyanate eingesetzt werden. Weiterhin sind auch die sogenannten "Lackpolyisocyanate" auf Basis von Bis-(4-isocyanatocyclo-hexyl)-methan (H12MDI), 1,6-Diisocyanatohexan (HDI), 1-Isocyanato-5-isocyanatomethyl-3,3,5-trimethyl-cyclohexan (IPDI) grundsätzlich geeignet. Der Begriff "Lackpolyisocyanate" kennzeichnet Allophanat-, Biuret-, Carbodiimid-, Isocyanurat-, Uretdion-, Urethan- Gruppen aufweisende Derivate dieser Diisocyanate, bei denen der Rest- Gehalt an monomeren Diisocyanaten dem Stand der Technik entsprechend auf ein Minimum reduziert wurde. Daneben können auch noch modifizierte Polyisocyanate eingesetzt werden, die beispielsweise durch hydrophile Modifizierung von "Lackpolyisocyanaten" auf Basis von 1,6-Diisocyanatohexan (HDI) zugänglich sind. Die aliphatischen Polyisocyanate sind gegenüber den aromatischen Polyisocyanaten zu bevorzugen. Weiterhin werden Polyisocyanate mit Isocyanat-Gruppen unterschiedlicher Reaktivität bevorzugt.
- Das NCO/OH-Equivalentverhältnis der Komponenten (A) und (B) wird auf einen Wert von 1,25 bis 2,5, vorzugsweise 1,5 bis 2,25 eingestellt.
- Vorzugsweise werden Polyisocyanate mit Isocyanat-Gruppen unterschiedlicher Reaktivität eingesetzt, um engere Molekularmassen- Verteilungen mit geringerer Uneinheitlichkeit zu erhalten. Dementsprechend werden Polyurethan-Prepolymere mit linearer Struktur bevorzugt, die sich aus difunktionellen Polyol- und Polyisocyanat- Komponenten zusammensetzen. Die Viskosität der Polyurethan- Prepolymere ist relativ niedrig und weitgehend unabhängig von der Struktur der verwendeten Polyol- und Polyisocyanat-Komponenten.
- Die Lösemittel-Komponente (C) besteht aus mindestens einem gegenüber Polyisocyanaten inerten und vorzugsweise mit Wasser ganz oder teilweise mischbaren Solvens, das nach der Herstellung in der Bindemittel- Komponente verbleibt oder durch Destillation ganz oder teilweise entfernt wird. Geeignete Solventien sind beispielsweise hochsiedende und hydrophile organische Lösemittel wie N-Methylpyrrolidon, Diethylenglykoldimethylether, Dipropylenglykoldimethylether (Proglyde DMM® der Fa. Dow), niedrigsiedende Lösemittel wie Aceton, Butanon oder beliebige Gemische daraus. Bevorzugt wird ein hochsiedendes und hydrophiles Lösemittel wie N-Methylpyrrolidon eingesetzt, das nach der Herstellung in der Dispersion verbleibt und als Koaleszenzhilfsmittel fungiert.
- In der nachfolgenden Reaktionssstufe a2) wird das teilweise oder vollständig abreagierte Polyurethan-Preaddukt aus Stufe a1) mit 0,1 bis 1,5 Gewichtsteile einer niedermolekularen und anionisch modifizierbaren Polyol-Komponente (A)(iii) und/oder mit 0 bis 8 Gewichtsteilen einer polymeren Diolkomponente (A)(iv) ggf. in Gegenwart eines Katalysators zum entsprechenden Polyurethan-Prepolymer zur Reaktion gebracht.
- Die Herstellung des Polyurethan-Prepolymers gemäss Reaktionsstufe a2) erfolgt vorzugsweise in der Weise, dass die feingemahlene Polyol- Komponente (A)(iii) mit einer mittleren Teilchengröße < 150 µm und die polymere Diolkomponente (A)(iv) innerhalb eines Zeitraumes von einigen Minuten bis zu einigen Stunden dem Polyurethan-Preaddukt aus Stufe a1) zugesetzt bzw. zudosiert werden. Das in Reaktionstufe a2) eingesetzte Polyurethan-Preaddukt aus Stufe a1) kann bei entsprechender Prozessführung bzw. unvollständiger Umsetzung neben Isocyanat- Gruppen und/oder Polyisocyanat-Monomeren ggf. auch noch freie Hydroxyl-Gruppen aufweisen.
- Die Komponente (A)(iii) besteht aus mindestens einem niedermolekularen und anionisch modifierbaren Polyol mit einer oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl-Gruppen und einer oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten inerten Carbonsäure und/oder Sulfonsäure-Gruppe(n), die in Gegenwart von Basen ganz oder teilweise in Carboxylat- und/oder Sulfonat-Gruppen überführt werden können oder bereits in Form von Carboxylat- und/oder Sulfonat-Gruppen vorliegen und einer Molekularmase von 100 bis 499 Dalton. Als niedermolekulare und anionisch modifizierbare Polyole können beispielsweise Hydroxypivalinsäure (Handelsname HPA, Fa. Perstorp Specialty Chemicals AB), 2-Hydroxymethyl-3-hydroxypropansäure bzw. Dimethylolessigsäure, 2-Hydroxymethyl-2-methyl-3-hydroxypropansäure bzw. Dimethylolpropionsäure (Handelsname Bis-MPA, Fa. Perstorp Specialty Chemicals AB), 2-Hydroxymethyl-2-ethyl-3- hydroxypropansäure bzw. Dimethylolbuttersäure, 2-Hydroxymethyl-2- propyl-3-hydroxypropansäure bzw. Dimethylolvaleriansäure, Citronensäure, Weinsäure, [Tris-(hydroxymethyl)-methyl]-3- aminopropansulfonsäure (TAPS, Fa. Raschig GmbH), Building Blocks auf Basis von 1,3-Propansulfon (Fa. Raschig GmbH) und/oder 3- Mercaptopropansulfonsäure, Natrium-Salz (Handelsname MPS, Fa. Raschig GmbH) eingesetzt werden. Diese Building Blocks können ggf. auch Amino-Gruppen anstelle von Hydroxyl-Gruppen aufweisen. Bevorzugt werden Bishydroxyalkancarbonsäuren und/oder Bishydroxysulfonsäuren bzw. deren Alkalisalze mit einer Molekularmasse von 100 bis 499 Dalton eingesetzt und insbesondere 2-Hydroxymethyl-2- methyl-3-hydroxypropansäure bzw. Dimethylolpropionsäure (Handelsname DMPA® der Fa. Trimet Technical Products, Inc.).
- Die Komponente (A)(iv) besteht aus 0 bis 8 Gewichtsteilen einer polymeren Diolkomponente mit zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl-Gruppen und weiteren gegenüber Polyisocyanaten inerten hydrophilen Gruppen mit einer Molekularmasse von 500 bis 5000 Dalton. Bevorzugt werden Umsetzungsprodukte aus Poly-(ethylenoxid[-co/block/ran-propylenoxid])-monoalkylethern, einem Diisocyanat und Diethanolamin eingesetzt.
- Die Durchführung der Reaktionsstufen a1) und a2) ist im Hinblick auf die Reaktionsbedingungen relativ unkritisch. Der Reaktionsansatz wird in den Reaktionsstufen a1) und a2) unter Ausnutzung der Exothermie der Polyadditions-Reaktion bis zum Erreichen des berechneten bzw. theoretischen NCO-Gehaltes vorzugsweise bei 60 bis 120°C, insbesondere bei 80 bis 100°C, unter Inertgas-Atmosphäre gerührt. Die erforderlichen Reaktionszeiten liegen im Bereich von einigen Stunden und werden durch Reaktions-Parameter wie die Reaktivität der Komponenten, die Stöchiometrie der Komponenten und die Temperatur massgebend beeinflusst.
- Die Umsetzung der Komponenten (A) und (B) in den Reaktionsstufen a1) und/oder a2) kann in Gegenwart eines für Polyadditions-Reaktionen an Polyisocyanaten üblichen Katalysators erfolgen. Bei Bedarf erfolgt ein Zusatz dieser Katalysatoren in Mengen von 0,01 bis 1 Gew.-% bezogen auf die Komponenten (A) und (B). Gebräuchliche Katalysatoren für Polyadditions-Reaktionen an Polyisocyanate sind bspw. Dibutylzinnoxid, Dibutylzinndilaurat (DBTL), Triethylamin, Zinn(II)-octoat, 1,4-Diaza- bicyclo[2,2,2]octan (DABCO), 1,4-Diaza-bicyclo[3,2,0]-5-nonen (DBN), 1,5-Diaza-bicyclo[5,4,0]-7-undecen (DBU).
- Das anionisch modifizierbare Polyurethan-Prepolymer aus Reaktionsstufe a2) wird in der nachfolgenden Reaktionsstufe a3) vollständig oder teilweise mit 0,1 bis 15 Gewichtsteilen einer multifunktionellen Kettenstopper-Komponente (D) zur Reaktion gebracht, wobei jeweils nur eine reaktive Gruppe oder Komponente (D) mit einer Isocyanat-Gruppe des Polyurethan-Preaddukts abreagiert. Die Reaktions-Stufe a3) wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 60 bis 120°C, insbesondere bei 80 bis 100°C durchgeführt.
- Die Kettenstopper-Komponente (D) besteht aus einem Polyol, Polyamin oder Polyaminoalkohol mit drei oder mehreren gegenüber Isocyanat- Gruppen reaktiven Hydroxyl- und/oder primären und/oder sekundären Amino-Gruppen und einer Molekularmasse von 50 bis 500 Dalton, von denen eine mit dem Polyurethan-Preaddukt abreagiert. Als geeignete Kettenstopper-Komponente (D) können beispielsweise Diethanolamin, Trimethylolpropan, Ditrimethylolpropan, Pentaerythrit, Dipentaerythryt, Kohlenhydrate und/oder deren Derivate eingesetzt werden. Bevorzugt werden aliphatische oder cycloaliphatische Polyole und/oder Polyamine und/oder Aminoalkohole eingesetzt und insbesondere Diethanolamin, und/oder Trimethylolpropan.
- Die Kettenstopper-Komponente (D) wird in einer solchen Menge zugegeben, daß der Kettenstoppungsgrad bezogen auf die freien Isocyanat-Gruppen des Polyurethan-Prepolymers aus den Komponenten (A) und (B) bei 80 bis 100 Equivalent-%, liegt.
- Das funktionalisierte und anionisch modifizierbare Polyurethan-Oligomer oder -Polymer aus Reaktionsstufe a3), das zwei oder mehrere reaktive Gruppen pro Kettenende und eine Gesamtfunktionalität von ≥ 4 aufweist, wird in der nachfolgenden Reaktionsstufe a4) mit 2 bis 20 Gewichtsteilen einer Neutralisations-Komponente (E) zur teilweisen oder vollständigen Neutralisation der Carbonsäure- und/oder Sulfonsäure-Gruppen zur Reaktion gebracht (direkte Neutralisation). Die Reaktions-Stufe a4) wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 40 bis 65°C, insbesondere bei ca. 50°C, durchgeführt.
- Die Neutralisations-Komponente (E) besteht aus einer oder mehreren Basen, die zur teilweisen oder vollständigen Neutralisation der Carbonsäure- und/oder Sulfonsäure-Gruppen dienen. Sofern die Komponente (A)(iii) bereits in Form ihrer Salze vorliegt, kann auf die Neutralisations-Komponente (E) verzichtet werden. Als geeignete Basen können beispielsweise tertiäre Amine wie N,N-Dimethylethanolamin, N- Methyldiethanolamin, Triethanolamin, N,N-Dimethylisopropanolamin, N- Methyldiisopropanolamin, Triisopropylamin, N-Methylmorpholin, N- Ethylmorpholin, Triethylamin, Ammoniak oder Alkalihydroxide wie Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid eingesetzt werden. Bevorzugt werden tertiäre Amine und insbesondere Triethylamin eingesetzt.
- Die Neutralisations-Komponente (E) wird in einer solchen Menge zugegeben, dass der Neutralisations-Grad bezogen auf die freien Carbonsäure- und/oder Sulfonsäure-Gruppen des Polyurethan-Oligomers oder -Polymers aus den Komponenten (A), (B) und (D) bei 70 bis 100 Equivalent-%, vorzugsweise bei 80 bis 90 Equivalent-%, liegt. Bei der Neutralisation werden aus den Carbonsäure- und/oder Sulfonsäure- Gruppen Carboxylat- und/oder Sulfonat-Gruppen gebildet, die zur anionischen Modifizierung bzw. Stabilisierung der Polyurethan-Dispersion dienen.
- Das funktionalisierte und anionisch modifizierte Polyurethan-Oligomer oder -Polymer aus Reaktionsstufe a4) wird in der nachfolgenden Reaktionsstufe a5) in 40 bis 60 Gew.-Teilen Wasser, welches noch 0 bis 50 Gew.-Teile einer Formulierungs-Komponente (F) enthalten kann (in situ Formulierung), dispergiert. Die Reaktions-Stufe a5) wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 30 bis 50°C, insbesondere bei ca. 40°C, durchgeführt. Bei Bedarf kann das Wasser, welches noch die Formulierungs-Komponente (F) enthalten kann, auch in das multifunktionelle und anionisch modifizierte Polyurethan-Oligomer oder - Polymer dispergiert werden.
- Die Reaktionsstufen a4) und a5) können auch so zusammengefasst werden, dass die Komponente (E) dem Wasser vor dem Dispergieren zugesetzt wird (indirekte Neutralisation). Bei Bedarf kann auch eine Kombination aus direkter und indirekter Neutralisation angewendet werden.
- Bei der Dispergierung wird das Polyurethan-Prepolymer in das Dispergier-Medium überführt und bildet dabei eine wässrige Lösung oder Dispersion von niedermolekularen hydroxy- und/oder aminofunktionellen Oligo- oder Polyurethanen aus. Das anionisch modifizierte Polyurethan-Oligomer oder -Polymer bildet dabei entweder Micellen, die an der Oberfläche stabilisierende Carboxylat- und/oder Sulfonat-Gruppen und im Inneren reaktive Isocyanat-Gruppen aufweisen oder liegt gelöst in der wässrigen Phase vor. Alle kationischen Gegen- Ionen zu den anionischen Carboxylat- und/oder Sulfonat-Gruppen sind im Dispergier-Medium gelöst. Die Begriffe "Dispergierung" bzw. "Dispersion" beinhalten, daß neben dispergierten Komponenten mit micellarer Struktur auch solvatisierte und/oder suspendierte Komponenten enthalten sein können.
- Der Härtegrad des verwendeten Wassers ist für das Verfahren unerheblich, die Verwendung von destilliertem oder entsalztem Wasser ist daher nicht erforderlich. Hohe Härtegrade bewirken eine weitere Verringerung der Wasseraufnahme der wässrigen hochvernetzten Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungssytems, ohne deren Material-Eigenschaften negativ zu beinflussen.
- Die Formulierungs-Komponente (F) besteht aus Entschäumern, Entlüftern, Gleit- und Verlaufadditiven, strahlenhärtende Additiven, Dispergieradditiven, Substratnetzadditiven, Hydrophobierungsmitteln, Rheologieadditiven wie Polyurethan-Verdicker, Koaleszenzhilfsmitteln, Mattierungsmitteln, Haftvermittlern, Frostschutzmitteln, Antioxidantien, UV-Stabilisatoren, Bakteriziden, Fungiziden, weiteren Polymeren und/oder Polymer-Dispersionen sowie Füllstoffen, Pigmenten, Mattierungsmitteln oder geeignete Kombination daraus. Die einzelnen Formulierungs-Bestandteile sind dabei als inert zu betrachten
- Das ggf. nur teilweise kettengestoppte funktionalisierte und anionisch modifizierte Polyurethan-Oligomer oder -Polymer aus Reaktonsstufe a5) wird in der anschließenden Reaktionsstufe a6) mit 0 bis 15 Gewichtsteilen einer Kettenverlängerungs-Komponente (G) zur Reaktion gebracht. Die Reaktionsstufe a6) wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 30 bis 50°C, insbesondere bei ca. 40°C, durchgeführt.
- Die Reaktionsstufen a5) und a6) können auch so zusammengefasst werden, dass die Komponente (G) dem Wasser vor dem Dispergieren zugesetzt wird.
- Die Kettenverlängerungs-Komponente (G) besteht aus einem Polyamin mit zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Amino- Gruppen. Als geeignete Polyamine können beispielsweise Adipinsäuredihydrazid, Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, Pentaethylenhexamin, Dipropylentriamin, Hexamethylendiamin, Hydrazin, Isophorondiamin, N- (2-Aminoethyl)-2-aminoethanol, Addukte aus Salzen der 2-Acrylamido-2- methylpropan-1-sulfonsäure (AMPS®) und Ethylendiamin, Addukte aus Salzen der (Meth)acrylsäure und Ethylendiamin, Addukte aus 1,3- Propansulfon und Ethylendiamin oder beliebige Kombination dieser Polyamine. Bevorzugt werden difunktionelle primäre Amine und insbesondere Ethylendiamin eingesetzt.
- Die Kettenverlängerungs-Komponente (G) wird in einer solchen Menge zugegeben, daß der Kettenverlängerungsgrad bezogen auf die freien Isocyanat-Gruppen des Polyurethan-Oligomers oder -Polymers aus den Komponenten (A), (B), (D) und (E) bei 0 bis 20 Equivalent-% liegt. Die Kettenverlängerungs-Komponente (G) kann in vorab entnommenen Anteilen des Wassers im Gewichtsverhältnis 1 : 1 bis 1 : 10 verdünnt werden, um die zusätzliche Exothermie durch die Hydratisierung der Amine zurückzudrängen.
- Die (partielle) Kettenverlängerung führt zur Erhöhung der Molekularmasse des Polyurethan-Oligomers bzw. -Polymers. Die Kettenverlängerungs-Komponente (E) reagiert dabei mit reaktiven Isocyanat-Gruppen wesentlich rascher als Wasser. Im Anschluß an die Reaktions-Stufe a6) werden evtl. noch vorhandene freie Isocyanat- Gruppen mit Wasser vollständig kettenverlängert.
- Der Festkörper-Gehalt an Polyurethan-Oligomer oder -Polymer bestehend aus den Komponenten (A), (B), (D), (E) und (G) wird auf 35 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 45 bis 55 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der wässrigen Bindemittel-Komponente bestehend aus den Komponenten (A) bis (E) und (G) eingestellt.
- Die mittlere Partikelgröße der Mizellen der wässrigen Bindemittel- Komponente bestehend aus den Komponenten (A) bis (E) und (G) beträgt 10 bis 300 nm.
- Die mittlere Molekularmasse des Polyurethan-Oligomers oder -Polymers bestehend aus den Komponenten (A), (B), (D), (E) und (G) beträgt 1000 bis 20 000 Dalton.
- Der Gehalt an Carboxylat- und/oder Sulfonat-Gruppen des Polyurethan- Oligomers oder -Polymers bestehend aus den Komponenten (A), (B), (D), (E) und (G) wird auf 5 bis 25 meq.(100 g)-1, vorzugsweise auf 10 bis 20 meq.(100 g)-1 eingestellt.
- Die Bindemittelkomponente liegt in Form einer Dispersion oder molekulardisperser Lösung niedermolekularer hydroxy- und/oder aminofunktioneller Oligo- bzw. Polyurethane vor, die mit Wasser verdünnbar sind und in einem pH-Bereich von 6 bis 9 liegen. Sie können ggf. noch weitere wasserverdünnbare organische Polyhydroxyverbindungen wie wasserlösliche Alkohole mit mehr als zwei Hydroxylgruppen, wie z. B. Glycerin, Trimethylolpropan, 1,2,3-Butantriol, 1,2,6-Hexantriol, Pentaerythrit oder Zucker enthalten, wodurch die lacktechnischen Eigenschaften der ausgehärteten Beschichtung entsprechend modifiziert werden können.
- Die Stabilisierung dieser Dispersionen oder Lösungen erfolgt durch die Anwesenheit von ionisch hydrophilen Gruppen, wie z. B. Carboxylat-, Sulfonat-, oder anderen hydrophilen Gruppen, die durch vollständige oder teilweise Neutralisation der entsprechenden Säure-Gruppen erhalten werden.
- Die Bindemittel-Komponente aus Reaktionsstufe a5) oder a6) wird schließlich in der Reaktionsstufe b) mit der ggf. hydrophil modifizierten Vernetzer-Komponente (H) im Verhältnis 3 : 1 bis 5 : 1 zur Reaktion gebracht, wobei die Vernetzer-Komponente (H) zur Bindemittel- Komponente gegeben wird und man nach der Applikation ein hochvernetztes Polyurethan-Beschichtungssystem mit verringerter Hydrophilie und verbesserter Chemikalienbeständigkeit erhält. Die Reaktionsstufe b) wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 20 bis 40°C, insbesondere bei ca. 20°C, durchgeführt.
- Die Vernetzer-Komponente (H) besteht aus wasserdispergierbaren Polyisocyanaten mit aliphatisch und/oder cycloaliphatisch und/oder aromatisch gebundenen Isocyanat-Gruppen, welche 0 bis 20 Gewichtsteile eines organischen Lösemittels enthalten. Die aliphatischen Polyisocyanate sind gegenüber den aromatischen Polyisocyanaten zu bevorzugen. Geeignet sind insbesondere die in Polyurethan-Chemie hinreichend bekannten "Lackpolyisocyanate" auf Basis von Bis-(4- isocyanatocyclo-hexyl)-methan (H12MDI), 1,6-Diisocyanatohexan (HDI), 1- Isocyanato-5-isocyanatomethyl-3,3,5-trimethyl-cyclohexan (IPDI) oder Kombinationen daraus. Der Begriff "Lackpolyisocyanate" kennzeichnet Allophanat-, Biuret-, Carbodiimid-, Isocyanurat-, Uretdion-, Urethan- Gruppen aufweisende Derivate dieser Diisocyanate, bei denen der Rest- Gehalt an monomeren Diisocyanaten dem Stand der Technik entsprechend auf ein Minimum reduziert wurde. Daneben können auch noch hydrophil modifizierte Polyisocyanate eingesetzt werden, die beispielsweise durch Umsetzung von "Lackpolyisocyanaten" mit Polyethylenglykol zugänglich sind. Als geeignete Polyisocyanate können beispielsweise handelsübliche HDI-Isocyanurate ohne (Handelsname Rhodocoat WT 2102, Fa. Rhodia AG) oder mit hydrophiler Modifizierung (Handelsname Basonat P LR 8878, Fa. BASF AG, Handelsname Desmodur DA bzw. Bayhydur 3100 der Fa. Bayer AG) eingesetzt werden.
- Zur Herstellung des gebrauchsfertigen wässrigen hochvernetzten Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungsmittels wird die Vernetzer- Komponente (H) ("Härter", Teil B) kurz vor der Verarbeitung in die Bindemittel-Komponente aus den Komponenten (A) bis (G) ("Stammlack", Teil A) eingemischt. Um ein problemloses Emulgieren zu erreichen, empfiehlt es sich, die Polyisocyanate mit geringen Mengen organischer Lösemittel wie z. B. Dipropylenglykoldimethylether (Proglyde DMM®), Butyl(di)glykolacetat oder Butylacetat zu verdünnen. Meistens sind einfache Emulgiertechniken beispielsweise mit einem mechanischen Rührwerk (Bohrmaschine mit Rührer) ausreichend, um eine homogene Verteilung der Komponenten zu erreichen. Die Mengen der Bindemittel- Komponente und der Vernetzer-Komponente werden dabei so bemessen, dass das NCO/(OH+NH(2))-Equivalentverhältnis der Isocyanat-Gruppen der Vernetzer-Komponente und der Hydroxyl- und/oder Amino-Gruppen der Bindemittel-Komponente auf 1,1 bis 1,6 vorzugsweise 1,2 bis 1,4 eingestellt wird.
- Es lassen sich auf diese Weise, bedingt durch eine hohe Vernetzungsdichte in Verbindung mit einer verringerten Hydrophilie, transparente kratzfeste Beschichtungen mit hervorragenden Eigenschaften erzielen. Dies gilt sowohl im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit als auch in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften verbunden mit einer sehr guten Lösemittel- und Chemikalienbeständigkeit. Aufgrund des vergleichsweise niedrigen Gehalts an hydrophilen Gruppen in der Bindemittel-Komponente zeichnen sich die Beschichtungen auch durch eine ausgezeichnete Wasserfestigkeit aus.
- Die Applikation der erfindungsgemäßen wässrigen hochvernetzten Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungsysteme mit verringerter Hydrophilie erfolgt mit den aus der Lacktechnologie bekannten Methoden, wie z. B. Fluten, Gießen, Rakeln, Rollen, Spritzen, Streichen, Tauchen, Walzen.
- Die Trocknung und Aushärtung der Beschichtungen erfolgt im Allgemeinen bei normalen (Aussen- und Innen-)Temperaturen im Bereich von 5 bis 40°C, d. h. ohne spezielles Erhitzen der Beschichtung, kann jedoch je nach Anwendung auch bei höheren Temperaturen im Bereich von 40 bis 100°C erfolgen.
- Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen hochvernetzten Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungsysteme im Bau- oder im Industrie-Bereich als als formulierte oder unformulierte chemikalienstabile und lichtechte Lack- und/oder Beschichtungssysteme für die Oberflächen von mineralischen Baustoffen wie z. B. Beton, Gips, Keramik, Ton, Zement, sowie für die Oberflächen von Glas, Gummi, Holz und Holzwerkstoffen, Kunststoff, Metall, Papier, Verbundwerkstoffen, Leder oder als Bindemittel für die Vergütung von hydraulischen Bindemitteln.
- Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen wässrigen hochvernetzten Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungsysteme eignen sich ausserdem einzeln oder in Kombination zum Systemaufbau von
- 1. α) Bodenbelägen für den Innenbereich,
- 2. β) Balkonbeschichtungen,
- 3. γ) Parkdeck- und Parkhausbelägen.
- Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
- In einem Vierhalskolben ausgerüstet mit KPG-Rührer, Rückflußkühler, Thermometer und Stickstoff-Deckung wurde ein Gemisch aus 100,00 g Desmophen C 200 mit einer Hydroxyl-Zahl von 56 mg KOH.g-1 (Fa. Bayer AG) und 48,88 g Isophorondiisocyanat (Vestanat® IPDI, Fa. Degussa AG) unter Stickstoff-Deckung 2 h bei 80-90°C in Gegenwart von 0,1 g Dibutylzinndilaureat (DBTL) als Katalysator gerührt. Nach Zugabe von 2,76 g Dimethylolpropionsäure (DMPA®), 1,93 g 1,4-Butandiol und 15,0 g N-Methylpyrrolidon (NMP) zum Preaddukt wurde die Mischung unter Stickstoff-Deckung bei 80-90°C weiter gerührt, bis der berechnete NCO- Gehalt erreicht wurde (Theorie: 3,99 Gew.-%). Der Verlauf der Reaktion wurde acidimetrisch verfolgt.
- Anschließend wurden 24,13 g Trimethylolpropan gelöst in 33,0 g N- Methylpyrrolidon (NMP) zugegeben und der Ansatz für weitere 4 Stunden bei 80-90°C gerührt, bis der NCO-Wert auf Null gesunken war. Nach dem Abkühlen auf 60°C wurde das Prepolymer mit 1,87 g an Triethylamin (TEA) direkt neutralisiert.
- Das Prepolymer wurde dann unter intensivem Rühren in 123,67 g Wasser dispergiert.
- Es wurde eine stabile Oligourethan-Dispersion mit folgender Charakteristik erhalten:
- Durch Einarbeiten von Rhodocoat WT 2102, welches zuvor mit Dipropylenglykoldimethylether (Proglyde DMM®) mittels eines mechanischen Rührers gemischt wurde (9 : 1), erhält man einen Zweikomponenten-Polyurethanklarlack mit einem NCO/OH- Equivalentverhältnis von 1,3.
- In einem Vierhalskolben ausgerüstet mit KPG-Rührer, Rückflußkühler, Thermometer und Stickstoff-Deckung wurde ein Gemisch aus 100,00 g Desmophen C 200 mit einer Hydroxyl-Zahl von 56 mg KOH.g-1 (Fa. Bayer AG) und 46,01 g Isophorondiisocyanat (Vestanat® IPDI, Fa. Degussa AG) unter Stickstoff-Deckung 2 h bei 80-90°C in Gegenwart von 0,1 g Dibutylzinndilaureat (DBTL) als Katalysator gerührt. Nach Zugabe von 3,48 g Dimethylolpropionsäure (DMPA®), 2,48 g 1,4-Butandiol und 15,16 g N-Methylpyrrolidon (NMP) zum Preaddukt wurde die Mischung unter Stickstoff-Deckung bei 80-90°C weiter gerührt, bis der berechnete NCO- Gehalt erreicht wurde (Theorie: 5,20 Gew.-%). Der Verlauf der Reaktion wurde acidimetrisch verfolgt.
- Nach dem Abkühlen auf 60°C wurde das Prepolymer mit 2,36 g an Triethylamin (TEA) direkt neutralisiert.
- Das Prepolymer wurde dann unter intensivem Rühren in 139,27 g Wasser dispergiert und sofort 21,76 g Diethanolamin (DEA) (50%ige wässrige Lösung) kettengestoppt.
- Es wurde eine stabile Polyurethan-Dispersion mit folgender Charakteristik erhalten:
- Durch Einarbeiten von Rhodocoat WT 2102, welches zuvor mit Dipropylenglykoldimethylether (Proglyde DMM®) mittels eines mechanischen Rührers gemischt wurde (9 : 1), erhält man einen Zweikomponenten-Polyurethanklarlack mit einem NCO/OH- Equivalentverhältnis von 1,3.
- Die wässrigen Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungen wurden mittels Aufziehrakel auf Polyesterfolien aufgezogen (Nassfilmstärke 150 µm). Anschließend wurden die Filme bei Raumtemperatur getrocknet. Nach 7 Tagen wird die Pendeldämpfung nach König (DIN 53 157) bestimmt. Die Beständigkeiten gegen Wasser und diverse Lösemittel sowie die Filmtransparenz wurden ebenfalls nach 7 Tagen Trocknung getestet. Der Film wurde visuell beurteilt.
- Die Prüfergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle im einzelnen aufgeführt.
Claims (29)
1. Wässriges hochvernetztes Zweikomponenten-Polyurethan-
Beschichtungssystem, erhältlich durch
a) die Herstellung einer Bindemittel-Komponente auf Basis einer
wässrigen Lösung oder Dispersion von niedermolekularen hydroxy-
und/oder aminofunktionellen Oligo- oder Polyurethanen, wobei man
sowie
1. a1) 10 bis 50 Gewichtsteile einer höhermolekularen Polyol-
Komponente (A)(i) mit zwei oder mehreren gegenüber
Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl-Gruppen und einer
Molekularmasse von 500 bis 5 000 Dalton sowie 0 bis 5
Gewichtsteile einer niedermolekularen Polyol-Komponente (A)(ii)
mit zwei oder mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven
Hydroxyl-Gruppen und einer Molekularmasse von 50 bis 499
Dalton mit 2 bis 20 Gewichtsteilen einer Polyisocyanat-
Komponente (B), bestehend aus mindestens einem Polyisocyanat,
Polyisocyanat-Derivat oder Polyisocyanat-Homologen mit zwei
oder mehreren aliphatischen oder aromatischen Isocyanat-
Gruppen unter Zugabe von 0 bis 6 Gewichtsteilen einer
Lösemittel-Komponente (C) ggf. in Gegenwart eines Katalysators
teilweise oder vollständig umsetzt,
2. a2) das Polyurethan-Preaddukt aus Stufe a1) mit 0,1 bis 1, 5
Gewichtsteilen einer niedermolekularen und anionisch
modifizierbaren Polyol-Komponente (A)(iii) mit einer oder
mehreren gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl-
Gruppen und einer oder mehreren inerten Carbonsäure-
und/oder Sulfonsäure-Gruppe(n), die in Gegenwart von Basen
teilweise oder vollständig in Carboxylat- bzw. Sulfonatgruppen
überführt werden können oder bereits in Form von Carboxylat-
und/oder Sulfonat-Gruppen vorliegen, mit einer Molekularmasse
von 100 bis 499 Dalton und/oder mit 0 bis 8 Gewichtsteilen einer
polymeren Diolkomponente (A)(iv) mit zwei oder mehreren
gegenüber Polyisocyanaten reaktiven Hydroxyl-Gruppen und
weiteren gegenüber Polyisocyanaten inerten hydrophilen
Gruppen mit einer Molekularmasse von 500 bis 5 000 Dalton ggf.
in Gegenwart eines Katalysators umsetzt,
3. a3) die freien Isocyanat-Gruppen des Polyurethan-Prepolymers aus
Stufe a2) teilweise oder vollständig mit 0,1 bis 15 Gewichtsteilen
einer multifunktionellen Kettenstopper-Komponente (D) mit drei
oder mehreren gegenüber Isocyanat-Gruppen reaktiven
Hydroxyl- und/oder primären und/oder sekundären Amino-
Gruppen und einer Molekularmasse von 50 bis 500 Dalton
umsetzt, von denen eine mit dem Polyurethan-Preaddukt
abreagiert,
4. a4) das multifunktionelle Polyurethan-Oligomer oder -Polymer aus
Stufe a3) zur teilweisen oder vollständigen Neutralisation der
Säure-Gruppen mit 0,1 bis 1 Gewichtsteilen einer Neutralisations-
Komponente (E) umsetzt und anschließend
5. a5) das neutralisierte Polyurethan-Oligomer oder -Polymer aus Stufe
a4) in 40 bis 60 Gewichtsteilen Wasser, welches noch 0 bis 50
Gewichtsteile einer Formulierungskomponente (F) enthält,
dispergiert,
6. a6) ggf. das nur teilweise kettengestoppte Polyurethan-Oligomer oder
-Polymer aus Stufe a5) noch mit 0 bis 15 Gewichtsteilen einer
Kettenverlängerungs-Komponente (G) mit zwei oder mehreren
gegenüber Isocyanat-Gruppen reaktiven primären und/oder
sekundären Amino-Gruppen und einer Molekularmasse von 50 bis
500 Dalton umsetzt
b) durch die anschließende Umsetzung der Bindemittel-Komponente
aus Stufe a5) oder Stufe a6) mit einer Vernetzer-Komponente (H) im
Verhältnis 3 : 1 bis 5 : 1, wobei als Vernetzer-Komponente (H)
wasserdispergierbare Polyisocyanate mit aliphatisch und/oder
cycloaliphatisch und/oder aromatisch gebundenen Isocyanat-
Gruppen eingesetzt werden, welche 0 bis 20 Gewichtsteile eines
organischen Lösemittels enthalten können.
2. Beschichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
als höhermolekulare Polyol-Komponente (A)(i) Polyalkylenglykole,
aliphatische oder aromatische Polyester, Polycaprolactone,
Polycarbonate, α,ω-Polymethacrylatdiole, α,ω-
Dihydroxyalkylpolydimethylsiloxane, hydroxyfunktionelle
Makromonomere, hydroxyfunktionelle Telechele, hydroxyfunktionelle
Epoxid-Harze mit einer Molekularmasse von 1000 bis 3000 Dalton
oder geeignete Gemische daraus eingesetzt werden.
3. Beschichtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass als Komponente (A)(i) lineare bzw.
difunktionelle hydrophob modifizierte Polyether-Polyole, bestehend
aus verseifungsstabilen Blockcopolymeren mit ABA-, BAB- oder (AB)n-
Struktur, wobei A ein Polymer-Segment mit hydrophobierenden
Eigenschaften und B ein Polymer-Segment auf Basis Polypropylenoxid
darstellt, mit einer Molekularmasse von 1000 bis 3000 Dalton
eingesetzt werden.
4. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass als Komponente (A)(ii) 1,4-Butandiol eingesetzt
wird.
5. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass als Komponente (A)(iii) eine
Bishydroxyalkancarbonsäure und/oder Bishydroxysulfonsäure bzw.
deren Alkalisalze mit einer Molekularmasse von 100 bis 499 Dalton
eingesetzt wird.
6. Beschichtungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
als Bishydroxyalkancarbonsäure 2-Hydroxymethyl-2-methyl-3-
hydroxypropionsäure bzw. Dimethylolpropionsäure eingesetzt wird.
7. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass als Komponente (A) (iv) Umsetzungsprodukte
aus Poly-(ethylenoxid[-co/block/ran-propylenoxid])-
monoalkylethern, einem Diisocyanat und Diethanolamin eingesetzt
werden.
8. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass als multifunktionelle Kettenstopper-Komponente
(D) aliphatische oder cycloaliphatische Polyole und/oder Polyamine
und/oder Aminoalkohole eingesetzt werden.
9. Beschichtungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
als multifunktionelle Kettenstopper-Komponente (D) Diethanolamin
und/oder Trimethylolpropan eingesetzt werden.
10. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass als Formulierungs-Komponente (F)
Entschäumer, Entlüfter, Gleit- und Verlaufadditive, strahlenhärtende
Additive, Dispergieradditive, Substratnetzadditive,
Hydrophobierungsmittel, Rheologieadditive wie Polyurethan-
Verdicker, Koaleszenzhilfsmittel, Mattierungsmittel, Haftvermittler,
Frostschutzmittel, Antioxidantien, UV-Stabilisatoren, Bakterizide,
Fungizide, weitere Polymere und/oder Polymer-Dispersionen sowie
Füllstoffe, Pigmente, Mattierungsmittel oder geeignete Kombination
daraus eingesetzt werden.
11. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass als Vernetzer-Komponente (H)
wasserdispergierbare Polyisocyanate mit aliphatisch und/oder
cycloaliphatisch und/oder aromatisch gebundenen Isocyanat-
Gruppen eingesetzt werden, welche 0 bis 20 Gewichtsteile eines
organischen Lösemittels enthalten.
12. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass das NCO/OH-Equivalentverhältnis der
Komponenten (A) und (B) auf einen Wert von 1,25 bis 2,5,
vorzugsweise 1,5 bis 2,25, eingestellt wird.
13. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die Reaktionsstufen a1) und a2) in Gegenwart
von 0,01 bis 1 Gew.-% bezogen auf die Komponenten (A) und (B)
eines für Polyadditionsreaktionen an Polyisocyanate üblichen
Katalysators durchgeführt werden.
14. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kettenstopper-Komponente (D) in einer
solchen Menge zugesetzt wird, dass der Kettenstoppungsgrad
bezogen auf die freien Isocyanat-Gruppen des Polyurethan-
Prepolymers aus den Komponenten (A) und(B) bei 80 bis 100
Equivalent-% liegt.
15. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Neutralisations-Komponente (E) in einer
solchen Menge zugegeben wird, dass der Neutralisationsgrad
bezogen auf die freien Carbonsäure- und/oder Sulfonsäure-Gruppen
des Polyurethan-Oligomers- oder -Polymers aus den Komponenten
(A), (B) und (D) bei 70 bis 100 Equivalent-%, vorzugsweise bei 80 bis
90 Equivalent-% liegt.
16. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kettenverlängerungs-Komponente (G) in
einer solchen Menge zugesetzt wird, dass der
Kettenverlängerungsgrad bezogen auf die freien Isocyanat-Gruppen
des Polyurethan-Oligomers oder -Polymers aus den Komponenten
(A), (B), (D) und (E) bei 0 bis 20 Equivalent-% liegt.
17. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, dass der Festkörper-Gehalt an Polyurethan-Oligomer
oder -Polymer bestehend aus den Komponenten (A), (B), (D), (E) und
(G) auf 35 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 45 bis 55 Gew.-% bezogen
auf die Gesamtmenge der wässrigen Bindemittel-Komponente
bestehend aus den Komponenten (A) bis (E) und (G) eingestellt wird.
18. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, dass die mittlere Partikelgröße der Mizellen der
wässrigen Bindemittel-Komponente bestehend aus den Komponenten
(A) bis (E) und (G) 10 bis 300 nm beträgt.
19. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, dass das Polyurethan-Oligomer oder -Polymer
bestehend aus den Komponenten (A), (B), (D), (E) und (G) eine
mittlere Molekularmasse von 1000 bis 20 000 Dalton aufweist.
20. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, dass das NCO/(OH+NH(a))-Equivalentverhältnis der
Isocyanat-Gruppen der Vernetzer-Komponente und der Hydroxyl-
und/oder Amino-Gruppen der Bindemittel-Komponente auf 1,1 bis
1,6, vorzugsweise 1,2 bis 1,4 eingestellt wird.
21. Verfahren zur Herstellung des wässrigen Zweikomponenten-
Polyurethan-Beschichtungssystems nach den Ansprüchen 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass man in der Reaktionsstufe
1. a1) die Komponenten (A)(i), (A)(ii), (B) und (C) ggf. in Gegenwart
eines Katalysators zu einem Polyurethan-Preaddukt zur Reaktion
bringt, wobei die Hydroxyl-Gruppen der Komponenten (A)(i) und
(A)(ii) teilweise oder vollständig mit den Isocyanat-Gruppen der
Komponente (B) umgesetzt werden,
2. a2) das Polyurethan-Preaddukt aus Reaktionsstufe a1) mit den
Komponenten (A)(iii) und (A)(iv) zur Reaktion bringt,
3. a3) das anionisch modifizierbare Polyurethan-Prepolymer aus
Reaktionsstufe a2) mit der Komponente (D) zur Reaktion bringt,
wobei jeweils nur eine reaktive Gruppe der Komponente (D) mit
einer Isocyanat-Gruppe des Polyurethan-Preaddukts abreagiert,
4. a4) das funktionalisierte und anionisch modifizierbare Polyurethan-
Oligomer oder -Polymer aus Reaktionsstufe a3), das zwei oder
mehrere reaktive Gruppen pro Kettenende und eine
Gesamtfunktionalität von ≥ 4 aufweist, zur teilweisen oder
vollständigen Neutralisation mit der Komponente (E) zur Reaktion
bringt und anschließend
5. a5) das funktionalisierte und anionisch modifizierte Polyurethan-
Oligomer oder -Polymer aus Reaktionsstufe a4) in Wasser, welches
ggf. noch die Komponente (F) enthält, dispergiert,
6. a6) ggf. das nur teilweise kettengestoppte, funktionalisierte und
anionisch modifizierte Polyurethan-Oligomer oder -Polymer aus
Stufe a5) mit der Komponente (G) zur Reaktion bringt und
schließlich
7. die Bindemittel-Komponente aus Reaktionstufe a5) oder
Reaktionsstufe a6) mit der ggf. hydrophil modifizierten Vernetzer-
Komponente (H) zur Reaktion bringt, wobei die Vernetzer-
Komponente (H) zur Bindemittel-Komponente gegeben wird und
nach der Applikation ein hochvernetztes Polyurethan-
Beschichtungssystem mit verringerter Hydrophilie und
verbesserter Chemikalienbeständigkeit erhalten wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die
Stufen a4) und a5) so zusammengefasst werden, dass die Komponente
(E) dem Wasser vor dem Dispergieren zugesetzt wird.
23. Verfahren nach Anspruche 21, dadurch gekennzeichnet, dass die
Stufen a5) und a6) so zusammengefasst werden, dass die Komponente
(G) dem Wasser vor dem Dispergieren zugesetzt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch
gekennzeichnet, dass man die Reaktionstufen a1) bis a3) bei einer
Temperatur bei 60 bis 120°C, vorzugsweise bei 80 bis 100°C
durchführt.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch
gekennzeichnet, dass man die Reaktionstufe a4) bei einer Temperatur
von 40 bis 65°C, vorzugsweise bei ca. 50°C durchführt.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch
gekennzeichnet, dass man die Reaktionsstufen a5) und a6) bei 30 bis
50°C, vorzugsweise bei ca. 40°C durchführt.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, dass man die Reaktionsstufe b) bei einer Temperatur
von 20 bis 40°C, vorzugsweise bei ca. 20°C durchführt.
28. Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen hochvernetzten
Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungsysteme nach den
Ansprüchen 1 bis 20 im Bau- oder im Industrie-Bereich als formulierte
oder unformulierte chemikalienstabile und lichtechte Lack- und/oder
Beschichtungssysteme für die Oberflächen von mineralischen
Baustoffen wie z. B. Beton, Gips, Keramik, Ton, Zement sowie für die
Oberflächen von Glas, Gummi, Holz und Holzwerkstoffen, Kunststoff,
Metall, Papier, Verbundwerkstoffen, Leder oder als Bindemittel für die
Vergütung von hydraulischen Bindemitteln.
29. Verwendung des unformulierten oder formulierten wässrigen
Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungssystems nach den
Ansprüchen 1 bis 20 einzeln oder in Kombination zum Systemaufbau
von
1. α) Bodenbelägen für den Innenbereich,
2. β) Balkonbeschichtungen,
3. γ) Parkdeck- und Parkhausbelägen.
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